Instrumentadas no Estado do Ceará: Estudo de Caso da Barragem Olho d'água.

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1 Avaliação do Risco em Barragens de Terra Instrumentadas no Estado do Ceará: Estudo de Caso da Barragem Olho d'água. Prof. Dr. Silvrano Adonias Dantas Neto Universidade Federal do Ceará Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (Geotecnia)

2 CONVÊNIO COGERH/UFC Escopo geral: Estudos técnicos e projetos para requalificação das ações de gerenciamento dos recursos hídricos do Estado do Ceará. Coordenadores: o UFC: Prof. Francisco Assis de Souza Filho; Prof. Silvrano Adonias Dantas Neto e Prof. Francisco Chagas da Silva Filho; o COGERH: Geóloga Lucrécia Nogueira de Sousa. Data de vigência: ago/2012 a fev/2014; Escopo específico - algumas atividades: o Avaliar as condições de Conservação e Segurança de barragens estaduais monitoradas pela Cogerhe a elaborar projetos básicos para recuperação das infraestruturas deficitárias; o Avaliar as condições de Segurança das Barragens Instrumentadas: Aracoiaba, Gavião, Pesqueiro, ArneirozII, Faé, Barra Velha, Flor do Campo, Jaburu I e Olho d'água, por meio da determinação dos níveis piezométricos críticos e estudos de estabilidade de taludes.

3 ESTABILIDADE DE TALUDES Condição de equilíbrio limite da massa de solo:

4 ESTABILIDADE DE TALUDES Fator de segurança para o equilíbrio de momentos: Fator de segurança para o equilíbrio de forças:

5 ESTABILIDADE DE TALUDES Principais métodos de análise de estabilidade de taludes que consideram o equilíbrio limite da massa de solo: Método de Janbu(1954); Método de Fellenius(1936); Método de Bishop-modificado (1955); Método de Morgenstern& Price(1965); etc. Principais diferenças entre métodos: Equações da estática satisfeitas (equilíbrio de forças, momentos, etc); Cálculo das forças interfatias;

6 ESTABILIDADE DE TALUDES Abordagem determinística Material Name Color Unit Weight (kn/m3) Strength Type Cohesion (kn/m2) Phi Water Surface Phi b Air Entry Ma teria l 1 20 Mohr-Coulomb None 0 0 Ma teria l Mohr-Coulomb None Ma teria l Mohr-Coulomb 0 29 None 0 0 Ma teria l Mohr-Coulomb None 0 0 Ma teria l 5 20 Mohr-Coulomb None 0 0

7 ESTABILIDADE DE TALUDES Abordagem probabilística: Relative Frequency Factor of Safety - bishop simplified FS (deterministic) = 1.71 FS (mean) = 1.85 PF = 0.10% RI (normal) = 1.42 RI (lognormal) = 1.79

8 Localização: município de Várzea Alegre/Ce(486 km de Fortaleza); Capacidade de armazenamento: 21 hm³ (21 milhões de m³); Projeto: junho de 1988; Construção: ; Altura máxima do barramento: 26 m;

9 Seção-tipo de projeto:

10 Seção-tipo executada:

11 BARRAGEM OLHO D ÁGUA Vistoria realizada em Janeiro de 2013:

12 Cargas piezométricas: 2008 a 2013 Variação das cargas piezométricas para o piezômetro PZ 2.1.1

13 Cargas piezométricas: 2009 (tomado como referência) Variação das cargas piezométricas e nível do reservatório para o piezômetro PZ 2.1.1

14 Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo Parâmetros geotécnicos para o material constituinte do barramento PROPRIEDADE JAZIDA 2 AMOSTRA ENSAIADA UNID. Amostra 1 Amostra 2 Classificação SUCS - CL CL Ângulo de atrito φ (ensaio lento) graus 31,5 27,3 Coesão c (ensaio lento) kpa Coeficientedepermeabilidade-k cm/s

15 Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo Parâmetros geotécnicos para os materiais constituintes do solo de fundação PROPRIEDADE UNID. SHELBY 1 SHELBY 2 Campo Ângulo de atrito φ (ensaio lento) graus 31,9 40,5 - Coesão c' (ensaio lento) kpa 0, Índice de vazios natural - e - 0,6 0,56 - Pressão de pré-adensamento kpa Coeficiente de compressão - Cc - 0,12 0,14 - Coeficiente de permeabilidade -k m/s - - 2,85 x 10-9

16 Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo (Hmáx = 18,9 m)

17 Análise de fluxo para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo (Hmáx = 18,9 m) DISPOSTIVO CARGAS PIEZOMÉTRICAS (m) CALCULADO MEDIDO PZ ,17 22,4 Pressure Head [m] PZ ,58 15,8 PZ ,04 7,8 PZ ,97 7, PZ PZ PZ PZ

18 Retroanálises das condições de fluxo da barragem (Hmáx= 18,9 m)

19 Retroanálises das condições de fluxo da barragem (Hmáx= 18,9 m) Pressure Head [m] CARGAS PIEZOMÉTRICAS (m) DISPOSTIVO NÍVEL MÁXIMO CALCULADO MEDIDO PZ ,92 22,30 PZ ,28 15,79 PZ ,09 7,73 PZ ,62 7, PZ PZ PZ PZ

20 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco Material Parâmetro Geotécnico PDF Média Desvio Mínimo Máximo Padrão Relativo Relativo Maciço Coesão (kpa) Gamma Maciço φ' (graus) Beta 25,9 3,4 10,2 10,2 Maciço Peso específico (kn/m3) Normal Solo 1 Peso específico (kn/m3) Normal Solo 1 φ' (graus) Beta Solo 1 Coesão (kpa) Gamma Solo 3 Coesão (kpa) Gamma 7,04 6,71 7,04 13,15 Solo 3 φ' (graus) Beta 32,83 4,93 14,79 14,79 Solo 3 Unidade de Peso (kn/m3) Normal 19, Solo 2 Coesão (kpa) Gamma 7,04 6,71 7,04 13,15 Solo 2 φ' (graus) Beta 32,83 4,93 14,79 14,79 Solo 2 Unidade de Peso (kn/m3) Normal

21 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco Distribuição de Probabilidade para a Coesão do Solo da Barragem Gerado pelo Método de Monte Carlo Distribuição de Probabilidades para Coesão do Maciço tiva Frequência Relat Coesão (kn/m2)

22 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco Distribuição de Probabilidade para o Ângulo de Atrito do Solo da Barragem Gerado pelo Método de Monte Carlo Relative Fr equency Maciço : Phi (deg)

23 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx= 18,9 m) Estabilidade do Talude de Jusante pelo Método de Fellenius(1936) 1.65 FS (deterministic) = 1.65 FS (mean) = 1.77 PF = 0.20% RI (normal) = 1.43 RI (lognormal) = 1.77

24 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx= 18,9 m) Distribuição de Probabilidades para o Fator de Segurança Método de Fellenius(1936) FREQUÊNCIA RELATIVA FATOR DE SEGURANÇA - FELLENIUS (1936)

25 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx= 18,9 m) Probabilidade Cumulativa para o Fator de Segurança Método de Fellenius(1936) PROB BABILIDADE ACUMULADA , FATOR DE SEGURANÇA - FELLENIUW (1936)

26 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx= 18,9 m) Estabilidade do Talude de Jusante pelo Método de Morgenstern-Price(1965) 1.82 FS (deterministic) = 1.82 FS (mean) = 1.92 PF = 0.00% RI (normal) = 2.14 RI (lognormal) = 2.83

27 Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx= 18,9 m) Probabilidade Cumulativa para o Fator de Segurança Método de Morgenstern-Price(1965) PROBABILID DADE CUMULATIVA FATOR DE SEGURANÇA - MORGENSTERN-PRICE (1965)

28 Fatores de Segurança mínimos: Recomendações do U.S Army Corps of Engineers - Slope Stability Manual (2003). Fator de Segurança Requerido a Tipos de Talude Final da Para fluxo permanente Para rebaixamento Construção de longo prazo rápido b Talude de Barragens, diques e aterros e talude de escavação 1,3 1,5 1,0 1,2

29 Relação entre índice de confiabilidade e probabilidade de ruptura: Recomendações do U.S Army Corps of Engineers (1997). Nível de Desempenho Índice de Confiabilidade, β Probabilidade, P F = P (FS<F c ) Alto 5,0 2,871 x 10-7 Bom 4,0 3,169 x 10-5 Acima da Média 3,0 0,00135 Abaixo da Média 2,5 0,00621 Pobre 2,0 0,02275 Insatisfatório 1,5 0,06681 Perigoso 1,0 0,15866

30 CONSIDERAÇÕES FINAIS AS ANÁLISES PROBABILÍSTICAS SÃO FERRAMENTAS ÚTEIS COMO FERRAMENTA DE DECISÃO E ORIENTAÇÃO DE PROCEDIMENTOS; A BARRAGEM APRESENTA BAIXOS NÍVEIS DE DESEMPENHO MESMO OS FATORES DE SEGURANÇA ESTANDO ACIMA DOS NÍVEIS RECOMENDADOS; PRINCIPAIS CAUSAS DOS BAIXOS NÍVEIS DE DESEMPENHO: INSUFICIÊNCIA DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA; RELATÓRIO AS BUILT NÃO SATISFATÓRIO OU INEXISTENTE;

31 MUITO OBRIGADO!